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鋰金屬電池（LMBs）因高能量密度（大于 350 Wh/kg）而備受關注。但其安全性仍是阻礙實際應用的關鍵問題。LMBs的安全隱患主要源于鋰枝晶的生長和液態(tài)有機電解質的易燃性，以及濫用條件極易導致的熱失控（TR）問題。因此，除了調控鋰枝晶的形成和降低電解液的易燃性之外，抑制鋰金屬電池熱失控也至關重要。

在此，華中科技大學的謝佳教授和曾子琪等人發(fā)現(xiàn)硅酸四乙酯（TEOS）在高溫下（≥80 ℃）能被金屬鋰觸發(fā)進行縮聚反應形成熱穩(wěn)定聚硅氧烷網絡。作者結合乙氧基五氟環(huán)三磷腈（PFPN）的不燃特性設計出了一種可鈍化活性鋰且不燃的電解液(TEOS/PFPN)。結果顯示，使用該電解液的Li | NCM712軟包電池能夠輕松通過針刺測試。更重要的是TEOS/PFPN可以將熱失控觸發(fā)溫度（Ttr）從160.4提高到252.7 ℃，同時將熱失控最高溫度從1188.7降低到723.0 °C。

圖1. 作用機制

總之，與RCE和DME/TTE相比，當使用TEOS/PFPN時，鋰金屬負極與電解質的反應熵分別從-3645.6和-2088.4降低至-282.0 J g^-1。此外，所開發(fā)的電解質可降低刺穿過程中的火災和爆炸風險，從而顯著增強 1.5 Ah Li/NCM712 軟包電池的安全性。

此外，在熱濫用測試中，TEOS/PFPN 將軟包電池的 Ttr 提高到252.7°C，優(yōu)于與 RCE 和 DME/TTE 相關的 160.4°C 和 198.4°C 的相應值。同時，TR 過程中達到的 Tmax 從 1188.7°C 和 1193.0°C 降至 723.0°C。因此，該項工作揭示了電解質成分、鋰金屬行為和整體電池安全性之間復雜的相互作用，為高性能儲能系統(tǒng)的未來發(fā)展提供了寶貴見解。

圖2. 安全性測試

Constructing Thermo-responsive Polysiloxane Shields via Lithium Initiation to Inhibit Thermal Runaway of Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103499

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?華科EnSM：熱響應聚硅氧烷屏蔽層助力鋰金屬電池

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